基于振型变化的损伤识别法.ppt

基于振型变化的损伤识别方法,耿晓,一·国内外研究现状,. 国内外很多学者都致力于利用测试的振型数据进行损伤定位在早期一般是利用结构损伤前后的振型进行直接比较来实现损伤定位 · 1986 年West提出通过比较试验模态和计算模态的模态保证准则MAC(Modal Assurance Criterion) 来识别结构损伤 · 1988 年Lieven 和Ewins 在MAC 准则基础上又发 展了一步,叫做坐标模态保证准则COMAC结构振型包含更多的损伤信息,振型变化的损伤识别方法有以位移类参数(位移、位移模态、柔度矩阵等) 和以应变类参数(应变、应变模态、曲率模态等) 为基础的损伤定位方法一·国内外研究现状,· 1991 年Pandey 提出了一个新的参数,即“曲率模态”的概念通过对比完好结构和损伤结构的曲率模态的不同来识别损伤位置 · 后来又有学者提出了“应变模态”的概念并通过对比完好结构和损伤结构的应变模态的不同来识别损伤位置,并且得出了应变模态比位移模态对局部损伤更为敏感的结论 · 一些研究者利用振型和有限元模型的联合来定义新的损伤指标研究发现,模态应变能MSE(Modal st rain energy)在进行结构行为的识别和损伤定位方面非常重要。

二·基本方法和基本原理,模态置信度判据法 位移模态法 模态正交法 曲率模态法 应变模态法,这些方法均需要建立结构初始正常状态时的有限元模型作为识别基准,然后用当前结构振型实测数据修正结构模型,通过比较结构修正前后的模型物理参数来识别模态置信度判据法（MAC法）,由结构动力学原理可知，结构完备的模态向量是一组正交向量但在实际工程中，由于测量自由度小于结构模型的自由度并且受到测试精度和测量噪声的影响，测得的模态向量已不能保证其正交性在极端的情况下甚至会由于向量间的空间交角过小而丢失重要的模态因此，在选择测点时有必要使测量的模态向量保持较大的空间交角，从而尽可能的把原来模型的特性保留下来 其原理是:当损伤未发生时,模态置信度判据为1 ;当损伤发生,由于振型的变化,模态置信度判据不等于1 .,模态置信度判据法（MAC法）,,位移模态法,以损伤前后振型的差值作为损伤定位参数. 当发生损伤时,受到影响的自由度上的振型差值在损伤区域就会出现比较大的值,可以利用振型差值来识别损伤的位置 . 损伤前后位移模态差为: E =Φ0 — Φ (2),模态正交法,利用模态的正交条件对损伤进行识别,当结构无损伤时,模态满足正交条件;当结构发生损伤时,则模态不满足正交条件. 由于该方法要用到模型矩阵(如刚度矩阵、质量矩阵) ,这就涉及到测量模态的插值扩阶或模型减缩问题.,曲率模态法,,曲率模态法,曲率模态有两种测量方法：方法一是通过获得结构的应变反应直接换算成曲率关系，继而寻找其曲率模态；方法二是首先得到结构的位移模态，通过差分的方法获取其曲率模态。

得到曲率模态，继而评估梁的截面抗弯刚度变化,从而判断损伤情况 . 该方法的不足之处是需要非常邻近的测点,以便利用中心差分法求取曲率模态. 这样就要求足够密的测点,或者要求精度非常好的插值扩阶模态,否则将增大曲率模态振型的误差.,应变模态法,位移模态反映结构的固有振型,应变与位移呈一阶导数关系,由于应变模态振型在局部损伤位置有明显变化 ,可以将损伤前后应变模态振型差的绝对值作为结构损伤的识别指标,记为 Dsm = | Φ0 - Φ| (4) 式中: Dsm 为应变模态振型差; Φ0 、Φ分别为结构的应变模态振型和有损伤结构的应变模态振型.,三·实例分析,模型桥试验 本试验的模型桥是轻质混凝土预应力连续刚构桥，其原型为云南安宁至楚雄高速公路14 号达连坝段模型桥按照1：4 的相似比，并依据抗弯刚度相等的原则等效成T 型截面，其各跨跨度为4.75＋8.75＋4.75＝18.25m（如图1 所示），缩尺以后的模型桥通过施加配重使其与原桥在自重下产生的应力相等，图2 为模型桥施加配重以后的照片将模型桥的该状态作为桥梁完好状态，即损伤识别的原始比对状态图2 模型桥图片,,,图3 荷载步1、2桥梁振型曲率差,,图3 荷载步1、2桥梁振型曲率差,图4 加载工况图,,,图5 荷载步4~6振型曲率差,图6 荷载步2、5振型曲率差,,图7 荷载步1~10频率变化,实例小结,该试验中，振型曲率差对结构损伤比较敏感，可以通过振型曲率差与实际损伤的关系，由测得的振型曲率差反推结构损伤情况。

启示：各种损伤识别方法都有其优缺点，对基于振型的损伤识别方法来说，不同结构对损伤指标敏感程度不同，因此，实际运用中要合理选择方法对各种结构何种方法比较合理，怎样才能更合理，这也是需要我们探索的地方之一参考文献：,[1] 韩西，张伟 基于动力参数的桥梁工程结构损伤识别分析； [2]黄盛楠，刘英奎，陆新征，叶列平 大型连续刚构桥梁模型试验及损伤评估； [3]万小朋, 李小聪, 鲍 凯, 赵美英利用振型变化进行结构损伤诊断的研究； [4]姚中伟，全强，刘立军 结构损伤识别理论的研究现状与进展； [5]欧进萍. 重大工程结构的累积损伤与安全评定; [6]王术新,姜哲 基于结构振动损伤识别技术的研究现状及进展,谢谢黄老师与诸位同学！,,。